宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家(jiā)们(men)在(zài)过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束(shù)缚在一(yī)起。测(cè)量星(xīng)系(xì)团的(de)质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是获(huò)得其(qí)"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的(de)结(jié)果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部(bù)分(fēn)的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是(shì)集(jí)中在中间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的(de)东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所(suǒ)需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一传统体育项目有哪些 传统体育游戏有哪些个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的(de)速(sù)度在(zài)穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年(nián)度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一理论(lùn)得到进一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正在通过(guò)这样的(de)效应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的(de)实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的(de)动(dòng)力！

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